Für immer kleinere Mikrochips und die dafür nötigen Transistoren gelten Materialien wie Graphen, die nur aus einer oder wenigen Atomlagen bestehen, als große Hoffnung. Gebraucht werden aber nicht nur Stromleiter wie Graphen, sondern auch entsprechend dünne Isolatoren. Hier galt bisher hexagonales Bornitrid als vielversprechender Kandidat. Doch Wiener Forscher zeigen nun im Fachjournal "Nature Electronics", dass man mit diesem Material auf's falsche Pferd gesetzt hat.

Für miniaturisierte Transistoren, bei denen der Stromfluss über den sogenannten Feldeffekt gesteuert wird, galt bisher hexagonales Bornitrid (hBN) als aussichtsreichstes Isolatormaterial. Genau wie die 2D-Halbleiter, also etwa Graphen, die es einschließen soll, besteht auch hBN aus einzelnen atomaren Lagen, die nur schwach aneinander gebunden sind.

Doch Untersuchungen der TU-Forscher gemeinsam mit internationalen Kollegen zeigten nun sowohl experimentell als auch mithilfe theoretischer Berechnungen, "dass sich hBN nicht als Gate-Isolator für miniaturisierte Transistoren basierend auf 2D-Materialien eignet", wie Tibor Grasser vom Institut für Mikroelektronik der Technischen Universität (TU) Wien in einer Aussendung erklärte.

Geringer Stromverlust, enorme Rolle

Der Grund ist, dass es zu Leckströmen beim Gate-Isolator kommt. Dieser isoliert die steuernde Elektrode, über die der Stromfluss ein- und ausgeschaltet wird, vom Stromkanal. Nachdem ein Mikroprozessor bis zu 50 Milliarden Transistoren enthält, kann auch ein geringer Stromverlust eine enorme Rolle spielen, weil dadurch der Gesamtenergieverbrauch stark ansteigt.

Man sei erst am Anfang der Suche nach geeigneten Isolatoren für kleinste Transistoren, derzeit könne kein bekanntes Materialsystem alle Anforderungen erfüllen, betonen die Forscher. Grasser und sein Team hat im Vorjahr ausgezeichnete Ergebnisse mit speziellen Kristallen erzielt, die Fluor-Atome enthalten. So lieferte ein Transistor-Prototyp mit einem Kalzium-Fluorid-Isolator überzeugende Daten, wie sie damals im Fachblatt "Nature Communications" berichteten.

Service: https://www.nature.com/articles/s41928-020-00529-x